JP4579305B2 - 板状ガラスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学ガラス、電子部品の原料ガラス等として使用される比較的小形の板状ガラスを製造する方法に関する。

従来、光学ガラス、電子部品の原料ガラス等として使用される、付加価値の高い比較的小型の板状ガラスの製造は、例えば、下記特許文献に示されるように、樋状の型に流し込んだ溶融ガラスをローラやコンベアで引き出して成形する方法で行われていた。
特開昭６１−２１９２８号公報 特開平１０−２５１２０号公報

上記従来の板状ガラスの製造方法は、結晶化しにくいガラスの製造は可能であるが、例えばＶ_２Ｏ_５系のガラスのように、結晶化しやすいガラスを製造することはできなかった。これらの方法では、溶融ガラスを結晶化を避けて急速に均一に冷却することができないため、ガラス中に結晶が混在してしまい、ガラスと結晶の熱収縮率の違いによりクラックが生じたり、非常に割れやすいものとなってしまうからである。本発明は、結晶化しやすいガラスであっても、結晶の混じらない、高品質の板状ガラスを製造できるようにすることを課題としてなされたものである。

〔請求項１〕
本発明は、所定間隔で対向する２枚の面板と、該面板の左右両側を閉塞する端板と、該面板の下部を閉塞する底板で囲まれた板状のキャビティーを有し、上部の少なくとも湯口位置が開口したスリット状箱型内に、その前記面板が傾斜するように前記箱型を傾けた状態で溶融ガラスをキャストして板状ガラスを成形するステップと、前記箱型内のガラスを徐冷するステップと、成形した板状ガラスを前記箱型から取り出すステップとを有し、溶融ガラスを前記箱形内にキャストする湯口位置が、前記箱型の長さ方向の端部であることを特徴とする板状ガラスの製造方法である。

溶融ガラスがスリット状箱型内にキャストされる（流し込まれる）と、溶融ガラスは両側の面板から急速に冷やされ、結晶化することなくガラス化し、結晶の混じらない高品質の板状ガラスを得ることができる。
また、箱型を傾けた状態で溶融ガラスをキャストすると、溶融ガラスが箱型内に流れ込むときの巻き込み泡の発生が抑制され、泡のない板状ガラスを高歩留まりで製造することができる。
湯口位置には結晶化したガラスが混じるおそれがあるので、湯口を箱型の長さ方向の端部（少なくともキャビティーの長さの１／４よりも端）とすることで、比較的大きな板状ガラスを効率よく成形することができる。

〔請求項２〕
また本発明は、請求項１の製造方法において、前記箱形を傾ける角度が水平面に対して１５°〜６０°である板状ガラスの製造方法である。

箱形を傾ける角度が水平面に対して１５°未満であると、箱型内にキャストされた溶融ガラスが上側の面板に接する時間が遅れ、結晶化してしまうおそれがある。６０°を越えると、巻き込み泡を防ぐ効果が減少する。箱形を傾けるさらに好ましい角度は、水平面に対して２０〜４０°である。

〔請求項３〕
また本発明は、請求項１又は２の製造方法において、成形した板状ガラスを前記箱型から取り出すステップの後、取り出した板状ガラスの不要部分を切り落として整形するステップを有することを特徴とする板状ガラスの製造方法である。

溶融ガラスをスリット状箱型にキャストした場合、溶融ガラスを注ぎ込む湯口付近は溶融ガラスの保有熱が継続して供給され温度が下がりにくいので、結晶が生じることがある。また、成形時の板状ガラスの上部が平らになりにくいので、湯口付近及び成形時の上部付近の不要部分を切り落として、所望の形状に成形することが望ましい。

〔請求項４〕
また本発明は、請求項１〜３のいずれかの製造方法において、キャストするときの前記溶融ガラスの温度が、ガラスの最高の結晶化温度をＴｃ1とした場合、Ｔｃ1＋２５℃以上、Ｔｃ1＋５００℃以下であることを特徴とする板状ガラスの製造方法である。

溶融ガラスの温度がＴｃ1＋２５℃に満たないと、作業中にガラスが結晶化してしまうおそれがあり、Ｔｃ1＋５００℃を越えると箱型内にキャストしても冷却が不十分となって、やはり結晶化してしまうおそれがある。したがって、溶融ガラスの温度はＴｃ＋２５℃以上、Ｔｃ1＋５００℃以下が好ましい。

〔請求項５〕
また本発明は、請求項１〜４のいずれかの製造方法において、溶融ガラスをキャストするときの前記箱型の内面温度が、ガラスの転移点の温度Ｔｇ−１００℃以上、ガラスの最低の結晶化温度Ｔｃ2−２５℃以下であることを特徴とする板状ガラスの製造方法である。

箱型の温度（内面）がＴｇ−１００℃に満たないと、溶融ガラスが急速に冷えすぎて板状ガラス表面（箱型内面との接触面）が凸凹になったり、歪みで割れてしまうおそれもある。Ｔｃ2−２５℃を越えると、溶融ガラスが箱型内面に接触しても結晶化温度以下にならず、結晶化したガラスが混じってしまうおそれがある。

本発明の板状ガラスの製造方法は、スリット状箱型を用いることで、ガラスと型内面との接触面積が大きくなり、非常に結晶化しやすいガラスであっても、結晶の混じらない高品質の板状ガラスを得ることができる。
また、箱型を傾けた状態で溶融ガラスをキャストすることで、キャスト時の巻き込み泡の発生を防ぎ、泡のない板状ガラスを歩留まり良く製造できる。

図１〜４に示す箱型１は金属（鋳鉄）製で、対向する面板２ａ、２ｂ、面板の左右両側を閉塞する端板３、３、及び面板の下部を閉塞する底板４で組み立てられ、ボルト１０及びナット１１で固定されている。面板２ａ、２ｂ、端板３、３、及び底板４で囲まれた空間が、細いスリット状（板状）のキャビティー５となっている。キャビティー５のスリット幅は、製造する板状ガラスの厚さに対応して定める。すなわち熱収縮が無視できる場合、スリット幅はガラスの厚さと同じとし、熱収縮を考慮した場合は、ガラスの厚さよりも熱収縮分だけ広くする。本実施例の場合、スリット幅は３ｍｍとした。
本実施例では、温度制御装置を有さない箱型を用いたが、ヒータ、空冷パイプなどの温度制御装置を取り付けた箱型を用いることも可能である。例えば、箱型を電気炉で加熱した後、キャスティングのため電気炉から取り出している時間が長いときなどはヒータで箱型内面を加熱することが望ましく、板状ガラスの板厚が厚く箱型の面板の板厚が薄い場合などはキャスティング時に箱型内面を冷却することが望ましい。箱型の温度制御は、箱型内面温度が好ましい範囲（例えば、Ｔｇ−１００℃以上、Ｔｃ2−２５℃以下）となるように行えばよい。
本実施例の場合、キャビティー５の上部は全体が開口となっているが、溶融ガラスをキャストする湯口部分を除いた部分は閉塞してもかまわない。

図４に示すように、箱型１を傾斜台１２に載せ、傾いた状態にする。傾斜台１２はベース板１３と、これに立設された２枚の支持板１４を有し、箱型１は、各支持板１４に設けた３カ所の突起１５により、面板の角度が水平面に対してθ＝３０°となるように支持されている。このように、面板と傾斜台との接触面積をなるべく小さくし、面板からの熱の発散をなるべく均等にすることが望ましい。
このように、箱型１を水平面に対し３０°に傾斜させて溶融ガラスをキャストすると、箱型１を直立させた場合に較べて、巻き込み泡の発生数が１０〜３０％程度に低減する。

傾斜台に載置した箱型１を電気炉内で３００℃に加熱した後、一旦電気炉から取り出し、１０００℃の溶融ガラスをキャビティー５に流し込んだ。ガラスは、最高の結晶化温度Ｔｃ1＝７１０℃、最低の結晶化温度Ｔｃ2＝３８７℃、転移点温度Ｔｇ＝３０９℃のＶ_２Ｏ_５−ＢａＯ−Ｆｅ_２Ｏ_３系ガラスを用いた。溶融ガラスの湯口６は、箱型１の長さ方向の端部に設けた。図５はガラスＧの流し込みが完了した箱型１の断面図（図４のＡ−Ａ断面）である。その後、箱型１を傾斜台に載置したまま電気炉内に戻し、５℃／分程度の温度勾配で徐冷し、ガラスがほぼ室温になったところでボルト１０、ナット１１を取り外し、面板２ａから面板２ｂ及び端板３、３を外して成形した板状ガラス７を取り出した。板状ガラス７は、湯口付近が結晶化しており（結晶化部分９）、成形時の上端部分が不規則に斜めになっているので、図６に示す切断線（鎖線）で不要部分を切り落として整形し、最終製品としての板状ガラス８（７０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍ）を得た。板状ガラス８は、表面が平滑で結晶が全く混在しておらず、クラック、泡などの欠点もなく、高品質のものであった。

〔比較例〕
図７に示す浅い箱型２０に上記実施例と同じガラスを同じ条件で流し込み、その後徐冷して比較例のガラス板（７０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍ）を作成した。このガラス板は上面が結晶化し、端欠け、クラック、引け巣の欠点が発生し、製品化できるものではなかった。

実施例で使用した箱型１の平面図である。 実施例で使用した箱型１の正面図である。 実施例で使用した箱型１の側面図である。 実施例で使用した箱型１の使用状態の断面図である。 溶融ガラスのキャストが完了した状態の箱型１の断面図（Ａ−Ａ断面）である。 成形後の板状ガラス７及び切り落とし整形後の板状ガラス８の平面図である。 比較例で使用した箱型２０の斜視図である。

符号の説明

１ 箱型
２ａ 面板
２ｂ 面板
３ 端板
４ 底板
５ キャビティー
６ 湯口
７ 板状ガラス
８ 板状ガラス
９ 結晶化部分
１０ ボルト
１１ ナット
１２ 傾斜台
１３ ベース板
１４ 支持板
１５ 突起
２０ 箱型

Claims (5)

1. 所定間隔で対向する２枚の面板と、該面板の左右両側を閉塞する端板と、該面板の下部を閉塞する底板で囲まれた板状のキャビティーを有し、上部の少なくとも湯口位置が開口したスリット状箱型内に、その前記面板が傾斜するように前記箱型を傾けた状態で溶融ガラスをキャストして板状ガラスを成形するステップと、前記箱型内のガラスを徐冷するステップと、成形した板状ガラスを前記箱型から取り出すステップとを有し、溶融ガラスを前記箱形内にキャストする湯口位置が、前記箱型の長さ方向の端部であることを特徴とする板状ガラスの製造方法。
2. 請求項１の製造方法において、前記箱形を傾ける角度が水平面に対して１５°〜６０°である板状ガラスの製造方法。
3. 請求項１又は２の製造方法において、成形した板状ガラスを前記箱型から取り出すステップの後、取り出した板状ガラスの不要部分を切り落として整形するステップを有することを特徴とする板状ガラスの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかの製造方法において、キャストするときの前記溶融ガラスの温度が、ガラスの最高の結晶化温度をＴｃ1とした場合、Ｔｃ1＋２５℃以上、Ｔｃ1＋５００℃以下であることを特徴とする板状ガラスの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかの製造方法において、溶融ガラスをキャストするときの前記箱型の内面温度が、ガラスの転移点の温度Ｔｇ−１００℃以上、ガラスの最低の結晶化温度Ｔｃ2−２５℃以下であることを特徴とする板状ガラスの製造方法。

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